KR102264546B1 - Electrode assembly for secondary battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극조립체에 관한 것으로, 특히 다열 적층된 전극을 포함하는 리튬이차전지에 있어서, 전극 내 다공성 도전체로 형성된 집전체를 포함함으로써 저항이 감소되고, 리튬이온의 이동이 원활하게 되어 출력 및 수명향상 효과가 있는 이차전지용 전극조립체에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode assembly, and particularly, in a lithium secondary battery including a multi-row stacked electrode, by including a current collector formed of a porous conductor in the electrode, resistance is reduced, and movement of lithium ions is smooth, so that output and lifespan It relates to an electrode assembly for a secondary battery having an improving effect.
Description
본 발명은 전극조립체에 관한 것으로, 특히 다열 적층된 전극을 포함하는 리튬이차전지에 있어서, 전극 내 다공성 도전체로 형성된 집전체를 포함함으로써 저항이 감소되고, 리튬이온의 이동이 원활하게 되어, 출력 및 수명향상 효과가 있는 이차전지용 전극조립체에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrode assembly, and particularly, in a lithium secondary battery including a multi-row stacked electrode, by including a current collector formed of a porous conductor in the electrode, the resistance is reduced, the movement of lithium ions becomes smooth, the output and It relates to an electrode assembly for a secondary battery having an effect of improving the lifespan.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 가볍고 오래 사용할 수 있으며, 신뢰성이 높은 고성능의 소형 이차 전지 개발이 절실히 요청되고 있다. 또한 환경 및 에너지 문제의 해결 방안의 하나인 전기자동차와 심야유휴전력의 효율적 활용을 위한 대형 이차전지의 개발 수요가 높아지고 있다. 이러한 수요에 부응하기 위해 지금까지 많은 연구가 이루어진 것이 리튬이차전지이다.With the increase in technology development and demand for mobile devices, there is an urgent need to develop a small, lightweight, long-lasting, and reliable high-performance small secondary battery. In addition, there is a growing demand for the development of electric vehicles, which are one of the solutions to environmental and energy problems, and large secondary batteries for efficient use of late-night idle power. In order to meet this demand, a lot of research has been done on lithium secondary batteries.
리튬이차전지는 전해질의 형태에 따라 유기용매 전해질을 사용하는 리튬금속전지 및 리튬이온전지와 고체고분자전해질을 사용하는 리튬폴리머전지로 나눌 수 있다.Lithium secondary batteries can be divided into lithium metal batteries and lithium ion batteries using an organic solvent electrolyte, and lithium polymer batteries using solid polymer electrolytes, depending on the type of electrolyte.
이 중, 리튬폴리머전지는 전해질이 고체이기 때문에 전해질의 누수염려가 없어 안정성이 확보되고, 또한 용도에 따라 다양한 크기와 모양으로 에너지 밀도가 높은 형태로 제조할 수 있어, 향후에도 지속적인 개발이 기대되고 있다.Of these, lithium polymer batteries have a solid electrolyte, so there is no concern about electrolyte leakage, so stability is secured. Also, they can be manufactured in various sizes and shapes with high energy density depending on the use, so continuous development is expected in the future. have.
한편, 리튬이차전지는 충·방전 횟수가 증가함에 따라 양극활물질과 전해질의 계면, 음극활물질과 전해질의 계면, 전해질 자체에서 저항 성분이 생성되면서 리튬 이온의 흐름이 방해를 받기 때문에 수명 및 용량이 감소하게 된다.On the other hand, as the number of charge and discharge increases in lithium secondary batteries, resistance components are generated at the interface between the positive electrode active material and the electrolyte, the negative electrode active material and the electrolyte, and the electrolyte itself, and the flow of lithium ions is disturbed, so the lifespan and capacity decrease. will do
특히 저항 성분은 주로 양극 측에서 발생되는 전해질의 분해 반응에 의해 발생되는데, 전해질의 분해 반응은 많은 가스를 발생시켜 전지 내부의 접촉을 감소시켜 저항을 증가시키거나, 전해질의 점도를 증가시켜 리튬 이온의 흐름을 방해하게 되어, 전지의 수명 및 용량이 감소하는 문제가 있다.
In particular, the resistance component is mainly generated by the decomposition reaction of the electrolyte that occurs on the positive electrode side. The decomposition reaction of the electrolyte generates a lot of gas to reduce the contact inside the battery to increase the resistance, or to increase the viscosity of the electrolyte to increase the lithium ion It interferes with the flow of the battery, there is a problem that the life and capacity of the battery is reduced.
본 발명과 관련하여, 대한민국 공개특허 제10-2013-011697호(2013.10.11 공개)에는 전극조립체가 개시되어 있으나, 상기와 같은 문제점을 해결하는 기술적 수단에 대해서는 언급한 바 없다.
In relation to the present invention, although an electrode assembly is disclosed in Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2013-011697 (published on October 11, 2013), technical means for solving the above problems are not mentioned.
본 발명의 목적은 상기와 같은 저항 문제를 해결하기 위하여, 다열 적층된 전극을 포함하는 리튬이차전지에 있어서, 전극 내 다공성 도전체로 형성된 집전체를 포함함으로써 저항이 감소되고, 리튬이온의 이동이 원활하게 되어, 출력 및 수명향상 효과가 있는 이차전지용 전극조립체를 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to solve the resistance problem as described above, in a lithium secondary battery including a multi-row stacked electrode, resistance is reduced by including a current collector formed of a porous conductor in the electrode, and movement of lithium ions is smooth Thus, it is to provide an electrode assembly for a secondary battery having an effect of improving output and lifespan.
본 발명은 다열 적층된 전극을 포함하는 리튬이차전지에 있어서, 전극 내 다공성 도전체로 형성된 집전체를 포함함으로써 저항이 감소되고, 리튬이온의 이동이 원활하게 되어, 출력 및 수명향상 효과가 있는 이차전지용 전극조립체를 제공한다.
The present invention relates to a lithium secondary battery including a multi-row stacked electrode, by including a current collector formed of a porous conductor in the electrode, the resistance is reduced, the movement of lithium ions is smooth, and the output and lifespan are improved. An electrode assembly is provided.
본 발명의 이차전지용 전극조립체에 의하면 다열 적층된 전극을 포함함으로써 전체 전극에 걸리는 저항을 낮추면서도, 전극 내 다공성 도전체로 형성된 집전체를 포함함으로써 저항이 더욱 감소되고, 리튬이온의 이동이 원활하게 되어, 이차전지의 출력 및 수명향상 효과를 얻을 수 있게 된다.
According to the electrode assembly for a secondary battery of the present invention, the resistance applied to the entire electrode is lowered by including the multi-row stacked electrode, and the resistance is further reduced by including a current collector formed of a porous conductor in the electrode, and the movement of lithium ions is smooth. , it is possible to obtain the effect of improving the output and lifespan of the secondary battery.
도 1은 본 발명의 전극조립체의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 전극조립체에 포함되는 제1전극부의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 전극조립체에 포함되는 제2전극부의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 의한 전극조립체에 포함되는 제1전극부의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 전극조립체의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 전극조립체를 포함하는 전기화학소자의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 전극조립체를 포함하는, 또 다른 전기화학소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an electrode assembly of the present invention.
2 is a cross-sectional view of the first electrode included in the electrode assembly of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a second electrode included in the electrode assembly of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a first electrode included in an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view of an electrochemical device including an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view of another electrochemical device including an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하는 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것인바, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only the present embodiment is intended to complete the disclosure of the present invention, and it is common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이차전지용 전극조립체에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, an electrode assembly for a secondary battery according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 전극조립체는, 제1전극부, 제2전극부 및 상기 제1전극부와 상기 제2전극부를 분리하는 분리막을 포함하는 것으로서, 상기 제1전극부 또는 상기 제2전극부는 2이상의 단위전극을 포함하되, 상기 제1전극부 또는 상기 제2전극부에 포함되는 집전체는 다공성 도전체인 것을 특징으로 한다.
The electrode assembly of the present invention includes a first electrode part, a second electrode part, and a separator separating the first electrode part and the second electrode part, wherein the first electrode part or the second electrode part is two or more units. Including an electrode, the current collector included in the first electrode portion or the second electrode portion is characterized in that the porous conductor.
도 1은 본 발명의 전극조립체의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an electrode assembly of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전극조립체는 제1전극부(101), 제2전극부(102) 및 상기 제1전극부(101)와 상기 제2전극부(102)를 분리하는 분리막(103)을 포함하여 형성된다.
As shown in FIG. 1 , the electrode assembly of the present invention includes a
본 발명은 전체 전극에 걸리는 저항을 낮추기 위하여, 도 2 및 도 3에서 도시하고 있는 바와 같이, 상기 제1전극부(101) 또는 상기 제2전극부(102)가 2이상의 단위전극을 포함할 수 있다.
In the present invention, as shown in FIGS. 2 and 3 , the
먼저, 도 2를 참고하여 제1전극부(101)에 대하여 설명한다.First, the
본 발명에서 제1전극부(101)는 양극일 수 있다. 제1전극부(101)는 도전성이 우수한 금속 박판(예를 들면 알루미늄 호일)으로 이루어진 집전체(10)의 양면에 코팅된 양극활물질층(11)을 포함하고 있다. 활물질로는 칼코게나이드 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1 -xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있으나, 본 발명에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.
In the present invention, the
본 발명에서 제1전극부(101)는 2이상의 단위전극(101-a, 101-b)을 포함할 수 있다. 도 2에 나타난 바와 같이, 2이상의 단위전극들이 다열 적층될 경우, 적층된 전극개수에 반비례하여 전극에 걸리는 저항을 낮출 수 있게 된다.
In the present invention, the
도 3을 참고하여 제2전극부(102)에 대하여 설명한다.The
본 발명에서 제2전극부(102)는 음극일 수 있다. 제2전극부(102)는 도전성 금속 박판(예를 들면 구리 또는 니켈 호일)으로 이루어진 집전체(20)의 양면에 코팅된 음극활물질층(12)을 포함하고 있다. 활물질로는 탄소 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체, 전이금속산화물, 리튬금속질화물, 리튬금속산화물 등이 사용되고 있으나, 본 발명에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.
In the present invention, the
본 발명에서 제2전극부(102)는 2이상의 단위전극(102-a, 102-b)을 포함할 수 있다. 도 3에 나타난 바와 같이, 2이상의 단위전극들이 다열 적층될 경우, 적층된 전극개수에 반비례하여 전극에 걸리는 저항을 낮출 수 있게 된다.
In the present invention, the
본 발명에서 상기 제1전극부(101) 또는 제2전극부(102)에 포함된 양극집전체(10) 또는 음극집전체(20)는 알루미늄 포일, 구리 포일, 니켈 포일, 구리 메쉬, 탄소 메쉬 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 특히 음극집전체는 탄소전극의 작동범위(표준전위에서 리튬 대비 0.01~3V)에서 전기화학적으로 비활성을 나타내면서도 전자전도성을 갖는 것이 바람직하다.
In the present invention, the positive electrode
즉, 각 전극부에 있어서, 다열 적층된 단위전극 중 집전체를 기준으로 안쪽에 위치하는 활물질층에서 리튬 이온이 활발히 이동할 수 있도록 집전체가 일종의 채널의 역할을 하게 되는바, 저항이 더욱 감소되고, 리튬 이온의 이동이 원활하게 되어, 이차전지의 출력 및 수명향상 효과를 얻을 수 있게 된다.That is, in each electrode part, the current collector acts as a kind of channel so that lithium ions can actively move in the active material layer located inside the current collector among the multi-row stacked unit electrodes, the resistance is further reduced and , the movement of lithium ions becomes smooth, and the effect of improving the output and lifespan of the secondary battery can be obtained.
본 발명에서 상기 다공성 도전체의 투과도는 45~95%, 더욱 바람직하게는 60~85%일 수 있다. 투과도가 45% 미만인 경우에는 낮은 투과도로 인하여 리튬 이온의 전도도가 낮아 저항이 상승되고 이차전지의 출력과 수명이 열위를 나타낸다. 95%를 초과하는 경우에는 높은 투과도로 인하여 리튬 이온의 전도도는 높아지나, 다공성 도전체의 도선이 차지하는 영역이 줄어들게 되므로 전자전도도가 떨어져 이차전지의 특성이 저하된다.
In the present invention, the transmittance of the porous conductor may be 45 to 95%, more preferably 60 to 85%. When the transmittance is less than 45%, the conductivity of lithium ions is low due to the low transmittance, which increases the resistance, and the output and lifespan of the secondary battery are inferior. When it exceeds 95%, the conductivity of lithium ions is increased due to the high permeability, but since the area occupied by the conducting wire of the porous conductor is reduced, the electronic conductivity is lowered and the characteristics of the secondary battery are deteriorated.
본 발명에서 상기 다공성 도전체가 갖는 기공의 평균 직경은 300nm~900nm인 것, 특히 500nm~900nm인 것이 바람직하다.In the present invention, the average diameter of the pores of the porous conductor is preferably 300 nm to 900 nm, particularly 500 nm to 900 nm.
기공의 평균 직경이 300nm 미만인 경우에는 저항이 커져서 이차전지의 수명, 출력특성이 떨어지고, 900nm를 초과하는 경우에는 활물질보다 큰 기공으로 인해 정량의 코팅두께를 확보하는데 문제가 있다.
When the average diameter of the pores is less than 300 nm, the resistance increases and the life and output characteristics of the secondary battery are deteriorated, and when it exceeds 900 nm, there is a problem in securing a quantitative coating thickness due to the pores larger than the active material.
한편, 2이상의 단위전극들을 다열 적층하는 경우에는, 인접하는 활물질층간 계면에서 계면저항이 발생하게 되는바, 이를 해소하기 위하여 본 발명에서는 다열 적층되는 2이상의 단위전극 사이에 도전성 중간층(15)을 개재하는 구성을 포함할 수 있다.
On the other hand, when two or more unit electrodes are stacked in multiple rows, interfacial resistance occurs at the interface between adjacent active material layers. In order to solve this problem, in the present invention, a conductive
도 4는 제1전극층(101)을 예시로, 다열 적층되는 2이상의 단위전극 사이에 도전성 중간층(15)을 개재하고 있는 제1전극부의 단면도이다.
4 is a cross-sectional view of the first electrode part with the conductive
본 발명에서 도전성 중간층(15)은 다열 적층된 전극의 계면에서 발생될 수 있는 계면저항을 해소하기 위한 것으로, 흑연, 탄소나노튜브, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 용광로 블랙, 탄소 섬유, VGCF 중 선택된 1종 이상의 도전성 물질을 포함하는 도전성 페이스트로 형성될 수 있다.
In the present invention, the conductive
여기에서, 상기 도전성 페이스트의 점도는 제1전극, 즉 양극의 도포된 입자형태, 표면상태에 따라 선택적으로 선정하는 것이 바람직하며, 점도에 따라 고형분 함량도 다른 바, 이에 맞추어 제조할 수 있다. 상세하게는, 도전성 페이스트의 점도가 100cp 미만일 때, 고형분 함량은 35중량% 미만, 점도가 100cp 이상~500미만일 때, 고형분 함량은 35~50중량%, 점도가 500cp이상~35000cp 미만일 때, 고형분 함량은 50중량% 초과이다.
Here, the viscosity of the conductive paste is preferably selected selectively according to the particle shape and surface state of the first electrode, that is, the positive electrode, and the solid content is also different according to the viscosity, so it can be prepared accordingly. Specifically, when the viscosity of the conductive paste is less than 100cp, the solid content is less than 35% by weight, when the viscosity is 100cp or more to less than 500, the solid content is 35 to 50% by weight, and when the viscosity is 500cp or more to 35000cp, the solid content is greater than 50% by weight.
여기에서, 상기 도전성 페이스트 100중량부 대비, 도전성 물질의 함량은 98중량부 이상일 수 있다. 도전성 물질의 함량이 98중량부 미만인 경우에는 바인더의 함량이 증가하게 되면서 전극 계면의 저항이 상승하게 된다. 즉, 전극과의 결착력과 전도성을 향상시킬 수 있는 바람직한 도전성 물질의 함량은 98중량부 이상이다.Here, the content of the conductive material may be 98 parts by weight or more relative to 100 parts by weight of the conductive paste. When the content of the conductive material is less than 98 parts by weight, the resistance of the electrode interface increases as the content of the binder increases. That is, the content of the preferable conductive material capable of improving the binding force and conductivity with the electrode is 98 parts by weight or more.
여기에서 도전성 페이스트를 제조하기 위한 바인더는 PVDF, NMP, CMC/SBR 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.Here, the binder for manufacturing the conductive paste may include at least one selected from PVDF, NMP, and CMC/SBR.
여기에서, 상기 도전성 중간층에 포함되는 도전성 물질의 평균 입자 크기는 탄소나노튜브를 제외하고 10~50㎛일 수 있고, 비표면적은 30~15000m2/g일 수 있다. 탄소나노튜브의 경우, 직경은 5~200nm일 수 있다.
Here, the average particle size of the conductive material included in the conductive intermediate layer may be 10-50 μm excluding carbon nanotubes, and the specific surface area may be 30-15000 m 2 /g. In the case of carbon nanotubes, the diameter may be 5 to 200 nm.
여기에서, 상기 도전성 중간층에 포함되는 도전성 물질은 도전성 페이스트에서 분산이 잘 될 수 있도록 표면처리될 수 있다. 구체적으로, 도전성 물질의 표면에 산소함유그룹이 포함될 수 있도록 화합물 처리한 것을 사용할 수 있다. 또한 도전성 물질의 분산을 돕기 위하여 도전성 페이스트 내 바인더는 분산재 또는 분산매를 포함할 수도 있다.
Here, the conductive material included in the conductive intermediate layer may be surface-treated to be well dispersed in the conductive paste. Specifically, a compound treated to include oxygen-containing groups on the surface of the conductive material may be used. In addition, in order to help disperse the conductive material, the binder in the conductive paste may include a dispersant or a dispersion medium.
여기에서, 상기 도전성 중간층의 두께는 1~5㎛, 더욱 바람직하게는 1~3㎛일 수 있다. 도전성 중간층은 동종 전극간의 계면저항을 최소화하기 위하여 도포하는 것인바, 도전성 중간층의 두께가 5㎛를 초과하는 경우 옴 저항이 증가되어 계면저항이 오히려 증가되는 문제가 있고, 1㎛ 미만인 경우에는 도전성 페이스트가 전극 내 기공으로 스며들게 되어 결착력이 떨어지게 되므로, 마찬가지로 저항이 증가되는 문제가 있다.Here, the thickness of the conductive intermediate layer may be 1 ~ 5㎛, more preferably 1 ~ 3㎛. The conductive intermediate layer is applied to minimize the interfacial resistance between electrodes of the same type. When the thickness of the conductive intermediate layer exceeds 5 μm, the ohmic resistance increases and thus the interface resistance increases. If the thickness is less than 1 μm, the conductive paste As the electrode permeates into the pores in the electrode and the binding force decreases, there is a problem in that resistance is also increased.
한편, 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 전극조립체는 복수의 제1전극부(101)와 복수의 제2전극부(102)가 교번 적층되고, 분리막(103)이 지그재그형태로 형성되어 교번 적층된 상기 제1전극부(101)와 제2전극부(102)를 각각 분리하는 형태를 가질 수도 있다.On the other hand, as shown in FIG. 5 , in the electrode assembly according to an embodiment of the present invention, a plurality of
제1전극부(101) 및 제2전극부(102)는 상술한 바와 같고, 분리막(103)은 제1전극부(101)와 제2전극부(102)를 분리시키는 구성으로서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 본 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
The
또한, 본 발명은 상술한 전극조립체가 기본단위로 중첩되고, 중첩부 각각에는 분리필름이 개재된 전기화학소자를 포함할 수 있다.In addition, the present invention may include an electrochemical device in which the electrode assembly described above is overlapped as a basic unit, and a separation film is interposed in each of the overlapping portions.
즉, 도 6 및 도 7에서 나타낸 바와 같이, 제1전극부(101), 제2전극부(102) 및 상기 제1전극부(101)와 상기 제2전극부(102)를 분리하는 분리막(103)을 포함하여 형성된 본 발명의 전극조립체를 기본단위로 중첩시키되, 중첩부 각각에는 분리필름(201)이 개재되도록 구성할 수 있다.That is, as shown in FIGS. 6 and 7 , a
여기에서 분리필름(201)은 분리막(103)과 서로 다른 위치에 개재되고 있지만, 재질을 비롯한 기타의 구성은 서로 당업자에게 용인되는 수준에서 동일하다고 볼 수 있다.Here, the
구체적으로 도 6에서와 같이, 본 발명의 전기화학소자는 복수의 전극조립체가 교번 적층되고, 분리필름(201)이 지그재그형태로 형성되어 교번 적층된 전극조립체들을 각각 분리하는 형태를 가질 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 6 , in the electrochemical device of the present invention, a plurality of electrode assemblies are alternately stacked, and a
또한, 도 7에서와 같이, 본 발명의 전기화학소자는 복수의 전극조립체를 분리필름(103) 상에 소정 패턴으로 올려놓고 분리필름(103)을 권취함으로써 제조되어, 분리필름(201)이 전극조립체들을 각각 분리하는 형태를 가질 수도 있다.
In addition, as shown in FIG. 7 , the electrochemical device of the present invention is manufactured by placing a plurality of electrode assemblies in a predetermined pattern on the
실시예Example
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail through preferred embodiments of the present invention. However, this is presented as a preferred example of the present invention and cannot be construed as limiting the present invention in any sense.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.Content not described here will be omitted because it can be technically inferred sufficiently by a person skilled in the art.
실시예Example
1 One
(양극 제조)(anode manufacturing)
Li(Ni/Co/Mn)O2 : 카본블랙 : PVDF = 94 : 3 : 3 의 중량비로 NMP에 분산시켜 슬러리를 제조한 후, 이 슬러리를 기공도가 50%인 알루미늄 호일에 양면 코팅하고, 130℃에서 충분히 건조한 후, 프레싱하여 단위양극을 제조하였다. 양면 코팅 양극의 두께는 140㎛이었다.
Li(Ni/Co/Mn)O2 : Carbon black : PVDF = 94 : 3 : After dispersing in NMP in a weight ratio of 3 to prepare a slurry, the slurry was coated on both sides on an aluminum foil having a porosity of 50%, 130 After drying sufficiently at ℃, a unit anode was prepared by pressing. The thickness of the double-coated anode was 140 μm.
(음극 제조)(Cathode Manufacturing)
그라파이트 : 아세틸렌 블랙 : PVDF = 93 : 1 : 6의 중량비로 NMP에 분산시켜 슬러리를 제조한 후, 이 슬러리를 구리 호일에 양면 코팅하고, 130 ℃에서 충분히 건조한 후, 프레싱하여 단위음극을 제조하였다. 양면 코팅 음극의 두께는 135㎛이었다.
Graphite: acetylene black: PVDF = 93: 1: After preparing a slurry by dispersing in NMP in a weight ratio of 6, the slurry was coated on both sides on copper foil, dried sufficiently at 130 ° C., and pressed to prepare a unit cathode. The thickness of the double-coated negative electrode was 135 μm.
(도전성 중간층의 제조)(Preparation of conductive intermediate layer)
Furnace black : CMC/SBR = 98 : 2의 중량비로 물에 분산시켜 슬러리를 제조한 후, 이 슬러리를 양극이 코팅된 전극위에 1~5um이내로 코팅함으로써 도전성 중간층을 제조하였다. 코팅 부위는 대면하는 동종 전극 사이에 코팅되어야 한다.
After preparing a slurry by dispersing it in water at a weight ratio of furnace black: CMC/SBR = 98: 2, the slurry was coated on an anode-coated electrode within 1 to 5 μm to prepare a conductive intermediate layer. The coated area should be coated between facing homogeneous electrodes.
(전극조립체의 제조)(Manufacture of electrode assembly)
분리막으로서 미세 다공 구조를 갖는 두께 16㎛의 폴리프로필렌 필름을 제1 고분자 분리막으로 하고, 솔베이폴리머(Solvey Polymer)사의 폴리비닐리덴플루오라이드-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체 32008를 겔화 2차 고분자로 하는 다층 고분자 필름을 사용하였다.
A polypropylene film having a thickness of 16 μm having a microporous structure as a separator is used as the first polymer separator, and Solvey Polymer's polyvinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer 32008 is used as a gelling secondary polymer A multilayer polymer film was used.
상기에서 제조된 양극물질이 양극집전체에 양면 코팅된 단위양극을 2.9 cm × 4.3 cm 크기의 직사각형으로 탭을 낼 자리는 제외하고 절단하고, 같은 방법으로 제조한 또 다른 단위양극을 같은 방법으로 재단한 후, 단위양극을 중첩시키면서 이때 상기 제조된 도전성 중간층을 단위양극간 계면에 위치하도록 하였다. 계면저항을 줄이기 위해 상기 양극전극에 코팅된 도전성 페이스트를 사이에 두고 140 ℃의 롤 라미네이터에 통과시켜 열 융착하여 하나의 양극 조립체를 제조하였다.
The unit anode in which the cathode material prepared above is coated on both sides on the cathode current collector is cut into a rectangle with a size of 2.9 cm × 4.3 cm except for the place where the tab is to be made, and another unit cathode prepared in the same way is cut in the same way. Then, while overlapping the unit anodes, the prepared conductive intermediate layer was positioned at the interface between the unit anodes. In order to reduce the interfacial resistance, the conductive paste coated on the positive electrode was passed through a roll laminator at 140° C. and thermally fused to prepare a positive electrode assembly.
한편, 음극물질이 음극집전체에 양면 코팅된 음극을 3.0 cm × 4.4 cm 크기의 직사각형으로 탭을 낼 자리는 제외하고 절단한 후, 양극과 음극의 사이에 상기에서 제조된 다층 고분자 필름을 3.1 cm × 4.5 cm 크기로 잘라서 위치시킨 후 이를 100 ℃의 롤 라미네이터에 통과시켜 각 전극과 분리막을 열융착하여 접착시켜서 도 1의 전극조립체를 제조하였다.
On the other hand, after cutting the negative electrode coated on both sides with the negative electrode material on the negative electrode current collector in a 3.0 cm × 4.4 cm rectangle except for the tab, the multilayer polymer film prepared above was placed between the positive electrode and the negative electrode by 3.1 cm. After being cut and positioned to a size of × 4.5 cm, it was passed through a roll laminator at 100° C. and each electrode and the separator were thermally fused and adhered to prepare the electrode assembly of FIG. 1 .
(전기화학소자의 제조)(Manufacturing of electrochemical devices)
상기에서 제조된 전극조립체를 도 5의 구조와 같이 중첩하되, 각 전극조립체들의 중첩부에는 상기에서 제조된 다층 고분자 필름이 지그재그 형태로 위치될 수 있도록 한 후, 이들을 100 ℃의 롤 라미네이터에 그대로 통과시켜 각각의 전극조립체와 다층 고분자 필름을 열융착하여 접착시켰다.
The electrode assembly prepared above is overlapped as in the structure of FIG. 5, but the multilayer polymer film prepared above is positioned in a zigzag form on the overlapping portion of each electrode assembly, and then passes them through a roll laminator at 100 ° C. Each electrode assembly and the multilayer polymer film were thermally fused and adhered.
(전지 제조)(battery manufacturing)
상기 제조된 전기화학소자를 알루미늄 라미네이트 포장재에 넣고, EC/EMC/DEC/PC in LiPF6을 주입한 후 포장하였다.
The prepared electrochemical device was put in an aluminum laminate packaging material, and EC/EMC/DEC/PC in LiPF6 was injected and then packaged.
실시예Example 2 2
실시예1과 동일한 방법으로 전극조립체, 전기화학소자, 전지를 제조하되, 도전성 중간층을 단위양극간 계면에 사용하지 않았다.
An electrode assembly, an electrochemical device, and a battery were manufactured in the same manner as in Example 1, but the conductive intermediate layer was not used at the interface between the unit anodes.
비교예comparative example 1 One
(양극 제조)(anode manufacturing)
Li(Ni/Co/Mn)O2 : 카본블랙 : PVDF = 94 : 3 : 3 의 중량비로 NMP에 분산시켜 슬러리를 제조한 후, 이 슬러리를 알루미늄 호일에 양면 코팅하고, 130℃에서 충분히 건조한 후, 프레싱하여 단위양극을 제조하였다. 양면 코팅 양극의 두께는 140㎛이었다.
Li(Ni/Co/Mn)O2 : Carbon black : PVDF = 94 : 3 : After dispersing in NMP in a weight ratio of 3 to prepare a slurry, the slurry was coated on both sides on aluminum foil and dried sufficiently at 130 ° C. A unit anode was prepared by pressing. The thickness of the double-coated anode was 140 μm.
(음극 제조)(Cathode Manufacturing)
그라파이트 : 아세틸렌 블랙 : PVDF = 93 : 1 : 6의 중량비로 NMP에 분산시켜 슬러리를 제조한 후, 이 슬러리를 구리 호일에 양면 코팅하고, 130 ℃에서 충분히 건조한 후, 프레싱하여 단위음극을 제조하였다. 양면 코팅 음극의 두께는 135㎛이었다.
Graphite: acetylene black: PVDF = 93: 1: After preparing a slurry by dispersing in NMP in a weight ratio of 6, the slurry was coated on both sides on copper foil, dried sufficiently at 130 ° C., and pressed to prepare a unit cathode. The thickness of the double-coated negative electrode was 135 μm.
(전극조립체의 제조)(Manufacture of electrode assembly)
분리막으로서 미세 다공 구조를 갖는 두께 16㎛의 폴리프로필렌 필름을 제1 고분자 분리막으로 하고, 솔베이폴리머(Solvey Polymer)사의 폴리비닐리덴플루오라이드-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체 32008를 겔화 2차 고분자로 하는 다층 고분자 필름을 사용하였다.
A polypropylene film having a thickness of 16 μm having a microporous structure as a separator is used as the first polymer separator, and Solvey Polymer's polyvinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer 32008 is used as a gelling secondary polymer A multilayer polymer film was used.
상기에서 제조된 양극물질이 양극집전체에 양면 코팅된 양극을 2.9 cm × 4.3 cm 크기의 직사각형으로 탭을 낼 자리는 제외하고 절단하고, 음극물질이 음극집전체에 양면 코팅된 음극을 3.0 cm × 4.4 cm 크기의 직사각형으로 탭을 낼 자리는 제외하고 절단한 후, 양극과 음극의 사이에 상기에서 제조된 다층 고분자 필름을 3.1 cm × 4.5 cm 크기로 잘라서 위치시킨 후 이를 100 ℃의 롤 라미네이터에 통과시켜 각 전극과 분리막을 열융착하여 접착시켜서 전극조립체를 제조하였다.
The positive electrode prepared above, the positive electrode material coated on both sides on the positive electrode current collector, was cut into a rectangle with a size of 2.9 cm × 4.3 cm except for the tab where the negative electrode material was coated on both sides on the negative electrode current collector, and the negative electrode material was coated on both sides on the negative electrode collector by 3.0 cm × 4.3 cm. After cutting the 4.4 cm rectangle except for the tab where the tab will be made, the multilayer polymer film prepared above was cut into a size of 3.1 cm × 4.5 cm between the positive electrode and the negative electrode and placed through a roll laminator at 100 ° C. Then, each electrode and the separator were heat-sealed and adhered to prepare an electrode assembly.
(전기화학소자의 제조) (Manufacturing of electrochemical devices)
상기에서 제조된 전극조립체를 도 5의 구조와 같이 중첩하되, 각 전극조립체들의 중첩부에는 상기에서 제조된 다층 고분자 필름이 지그재그 형태로 위치될 수 있도록 한 후, 이들을 100 ℃의 롤 라미네이터에 그대로 통과시켜 각각의 전극조립체와 다층 고분자 필름을 열융착하여 접착시켰다.
The electrode assembly prepared above is overlapped as in the structure of FIG. 5, but the multilayer polymer film prepared above is positioned in a zigzag form on the overlapping portion of each electrode assembly, and then passes them through a roll laminator at 100 ° C. Each electrode assembly and the multilayer polymer film were thermally fused and adhered.
(전지 제조)(battery manufacturing)
상기 제조된 전기화학소자를 알루미늄 라미네이트 포장재에 넣고, EC/EMC/DEC/PC in LiPF6을 주입한 후 포장하였다.
The prepared electrochemical device was put in an aluminum laminate packaging material, and EC/EMC/DEC/PC in LiPF6 was injected and then packaged.
비교예comparative example 2 2
실시예1과 동일한 방법으로 전극조립체, 전기화학소자, 전지를 제조하되, 양극집전체로서 기공이 형성되지 않은, 일반적인 알루미늄 호일을 사용하였다.
An electrode assembly, an electrochemical device, and a battery were manufactured in the same manner as in Example 1, but as a positive electrode current collector, a general aluminum foil in which pores were not formed was used.
평가evaluation
상기 실시예 및 비교예에 의해 제조된 전지의 수명 및 용량을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
The lifespan and capacity of the batteries prepared in Examples and Comparative Examples were measured, and the results are shown in Table 1 below.
수명특성 평가방법: Life characteristics evaluation method:
충전 2C, 4.2V(CC/CV), 0.1C cut off, rest 10min, Charge 2C, 4.2V (CC/CV), 0.1C cut off, rest 10min,
방전 2C, 2.5V(CV), rest 10minDischarge 2C, 2.5V(CV), rest 10min
상기의 방식으로 충전 후 방전용량을 1회 사이클로 하여 방전용량이 80%열화되는 시점까지 사이클을 진행하였다.
After charging in the above manner, the cycle was performed until the discharge capacity deteriorated by 80% by setting the discharge capacity as one cycle.
용량특성 평가방법:Capacity characteristics evaluation method:
충전 1C, 4.2V(CC/CV), 0.1C cut off, rest 10min, Charge 1C, 4.2V (CC/CV), 0.1C cut off, rest 10min,
방전 1C, 2.5V(CV), rest 10minDischarge 1C, 2.5V(CV), rest 10min
상기와 같은 방식으로 방전하여 용량특성을 확인하였다.
Discharge was performed in the same manner as above to confirm the capacity characteristics.
상기 결과에서, 비교예 1의 경우 실시예 1, 2 대비 수명특성 및 용량특성이 현저히 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 이는 비교예 1의 양극에서 저항이 많이 발생되었기 때문이다. 또한, 저항을 줄이기 위해 양극을 다열 적층하더라도 비교예 2와 같이 다공성 도전체를 집전체로 사용하지 않은 경우에는 내부에 위치하는 활물질층에서 리튬 이온의 이동이 원활하지 않아 실시예와 같이 수명특성, 용량특성이 우수하지는 않았다.
From the above results, in the case of Comparative Example 1, it can be seen that compared to Examples 1 and 2, the life characteristics and capacity characteristics are significantly lowered. This is because a large amount of resistance was generated in the anode of Comparative Example 1. In addition, even if the positive electrode is laminated in multiple rows to reduce resistance, when the porous conductor is not used as the current collector as in Comparative Example 2, the movement of lithium ions in the active material layer located inside is not smooth. The capacity characteristics were not excellent.
즉, 본 발명의 이차전지용 전극조립체에 의하면 다열 적층된 전극을 포함함으로써 전체 전극에 걸리는 저항을 낮추면서도, 전극 내 다공성 도전체로 형성된 집전체를 포함함으로써 저항이 더욱 감소되고, 리튬이온의 이동이 원활하게 되어, 이차전지의 출력 및 수명이 향상되는 사실을 확인할 수 있다.
That is, according to the electrode assembly for a secondary battery of the present invention, the resistance applied to the entire electrode is lowered by including the multi-row stacked electrode, and the resistance is further reduced by including a current collector formed of a porous conductor in the electrode, and the movement of lithium ions is smooth As a result, it can be confirmed that the output and lifespan of the secondary battery are improved.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
In the above, the embodiments of the present invention have been mainly described, but various changes or modifications can be made at the level of those skilled in the art to which the present invention pertains. Such changes and modifications can be said to belong to the present invention as long as they do not depart from the scope of the technical spirit provided by the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be judged by the claims described below.
Claims (13)
상기 제1전극부 또는 상기 제2전극부는 다열 적층된 2 이상의 단위전극을 포함하되,
상기 단위전극은 집전체 및 상기 집전체 양면에 배치되는 활물질층을 포함하고,
상기 제1전극부 또는 상기 제2전극부에 포함되는 집전체는 다공성 도전체이며,
상기 단위전극간 계면에는 도전성 중간층이 개재되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
In an electrode assembly comprising a first electrode part, a second electrode part, and a separator separating the first electrode part and the second electrode part,
The first electrode part or the second electrode part includes two or more unit electrodes stacked in multiple rows,
The unit electrode includes a current collector and an active material layer disposed on both sides of the current collector,
The current collector included in the first electrode part or the second electrode part is a porous conductor,
An electrode assembly, characterized in that a conductive intermediate layer is interposed at the interface between the unit electrodes.
상기 다공성 도전체는 알루미늄 포일, 구리 포일, 니켈 포일, 구리 메쉬, 탄소 메쉬 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
The method of claim 1,
The porous conductor is an electrode assembly, characterized in that at least one selected from aluminum foil, copper foil, nickel foil, copper mesh, and carbon mesh.
상기 다공성 도전체의 투과도는 45~95%인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
The method of claim 1,
The electrode assembly, characterized in that the transmittance of the porous conductor is 45 to 95%.
상기 도전성 중간층은 흑연, 탄소나노튜브, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 용광로 블랙, 탄소 섬유, VGCF 중 선택된 1종 이상의 도전성 물질을 포함하는 도전성 페이스트로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
The method of claim 1,
The conductive intermediate layer is formed of a conductive paste comprising at least one conductive material selected from graphite, carbon nanotube, carbon black, acetylene black, Ketjen black, furnace black, carbon fiber, and VGCF.
상기 도전성 페이스트 100중량부 대비, 도전성 물질의 함량은 98중량부 이상인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
6. The method of claim 5,
An electrode assembly, characterized in that compared to 100 parts by weight of the conductive paste, the content of the conductive material is 98 parts by weight or more.
상기 도전성 중간층에 포함되며, 탄소나노튜브를 제외한 도전성 물질의 평균 입자 크기 10~50㎛이고, 비표면적은 30~15000m2/g 인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
6. The method of claim 5,
The electrode assembly, which is included in the conductive intermediate layer, has an average particle size of 10-50 μm and a specific surface area of 30-15000 m 2 /g of a conductive material excluding carbon nanotubes.
상기 도전성 중간층에 포함되며, 탄소나노튜브인 도전성 물질의 평균 입자 직경은 5~200nm인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
6. The method of claim 5,
The electrode assembly, characterized in that the average particle diameter of the conductive material included in the conductive intermediate layer, which is carbon nanotubes, is 5 to 200 nm.
상기 도전성 중간층에 포함되는 도전성 물질은 표면처리된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
6. The method of claim 5,
The conductive material included in the conductive intermediate layer is an electrode assembly, characterized in that the surface treatment.
상기 도전성 중간층의 두께는 1~5㎛인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
6. The method of claim 5,
The electrode assembly, characterized in that the thickness of the conductive intermediate layer is 1 ~ 5㎛.
상기 제1전극부는 양극이고, 상기 제2전극부는 음극인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
The method of claim 1,
The first electrode part is an anode, and the second electrode part is an electrode assembly, characterized in that the cathode.
복수의 상기 제1전극부와 복수의 상기 제2전극부가 교번 적층되고,
상기 분리막은 지그재그형태로 형성되어 교번 적층된 상기 제1전극부와 제2전극부를 각각 분리시키는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
The method of claim 1,
A plurality of the first electrode parts and a plurality of the second electrode parts are alternately stacked,
The separator is formed in a zigzag shape to separate the alternately stacked first and second electrode parts, respectively.
An electrochemical device in which the electrode assembly of claim 1 is overlapped as a basic unit, and a separation film is interposed in each of the overlapping portions.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |